炼焦企业实时数据库系统的设计与实现
中图分类号：TM301.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）03-0169-01
1 概述
炼焦企业中自动化控制系统间相互独立，生产信息无法综合利用。将各类自动控制设备进行联网，把各类实时数据采集、加工、整理后送入实时数据库系统中，实现整个企业中各装置的生产运行监控、操作参数优化、调度指挥、在线故障诊断等功能[1]。
2 实时数据库系统的总体设计
实时数据库的核心是数据归档管理，它的作用相当于飞机上的黑匣子，通过实时数据库系统可以了解工厂生产的现在和过去的操作状态。
2.1设计要求
在实时数据库系统的设计过程中，必须符合下列要求[2]：
（1）从多个方面采取措施保证系统安全性：物理上进行网络安全保障，系统上进行访问授权，数据采集上进行配置授权。
（2）采用多种手段保证数据的不丢失：集群技术，容错技术以及接口机缓存功能共同保证系统的可靠运行。
（3）模块化的程序结构以及三层体系结构、组件技术，方便系统功能的扩充以及用户的二次开发。
2.2 关键技术分析
2.2.1 整体架构分析
实时数据库的现场接口适配层用于适配现场的各种接口，各接口采集的数据通过实时核心进行处理，实时数据经过快照、压缩、归档后存储到磁盘，形成可追溯的历史信息。应用接口适配层为各种应用系统提供适配接口。
2.2.2 接口框架
接口软件采用分布式的部署方式，各接口独立工作，任意一个接口出现问题，不会造成实时数据库的整体宕机，从而使系统更加安全、稳定。
2.2.3 数据实时处理技术
实时数据库需要能够应对大量数据点的读取、写入和实时采集等任务，实时数据库通过判断任务的优先级来决定任务执行的顺序，大量的数据信息可以得到快速的响应处理。
2.2.4 数据存储技术
实时数据库一般采用高速缓存来提高实时数据的处理速度，通过接口的采集，高速缓存的数据得到不断的更新，而当上层读位号的时候，实时数据库通过返回缓存的值来快速响应。
3 实时数据库系统的实现
实时数据库系统的体系结构充分考虑了炼焦企业自动化、信息化系统的现状和具体的应用需求。
3.1 硬件系统的实现
实时数据库系统由2台PI服务器、1台Web服务器、10台PI接口机和2台工业智能网关组成。其中，2台PI服务器和Web服务器位于中心机房，Web服务器对外提供PI的Web应用；10台接口机中有9台负责OPC型数据采集，其中1台接口机负责Modbus定制接口的数据采集，2台工业智能网关分别负责变电站和干熄焦的实时数据采集。
3.2 软件系统的实现
实时数据库系统基于Pl设计和开发，采用B/S与C/S应用相结合的架构方式。
3.2.1 服务端软件
服务器端采用的是PI的高可用性双机软件架构，采用主/主模式进行工作，2台服务器运行了2套相同的应用。双主方式是真正的双机互备，要求服务器具有较强的处理能力。
3.2.2 数据采集端软件
数据采集端软件负责把自动化系统的实时数据采集上来并写入到PI实时数据库中。数据采集端软件分为3种。
（1）OPC数据采集软件。OPC是一个工业标准，它为基于Windows的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁。目前，主流的上位机软件，如：WinCC、Citect、iFix等都支持OPC类型的数据访问。
OPC数据采集可分为本地采集和远程采集。对于可以在数据采集接口机上加装上位机软件的系统，应采用OPC本地采集的方式，这样可以避免因数据源上位机故障而引起的数据采集中断。对于不能加装上位机软件的系统，采用OPC远程采集的方式，它需要对接口机进行安全策略、用户权限、注册表导入等配置和操作。
（2）工业智能网关数据采集。工业智能网关集成了海量设备规约协议库，可以通过多种通讯方式从业务底层的传感器、PLC、DCS以及各类智能设备仪表中采集数据，并实时推送至上层数据平台。
在实施过程中，110KV变电站的北京四方CSC1316B通信装置采用了IEC.104规约，干熄焦的施耐德140系列PLC采用了MODBUS-TCP通讯协议。
（3）特殊开发定制数据采集。煤仓料位系统的服务器采用Modbus RTU over TCP协议进行通信。使用C++语言基于PI的SDK开发库开发了煤仓料位系统接口软件。
4 实时数据库系统的应用功能设计与实现
4.1 集中统一存储
实时数据库整合了现有自动化系统的数据，实现了实时数据的集中统一存储和快速访问，并使各系统的数据得以整合和协同应用。
4.2 客户端应用
ProcessBook用于设计画面，定制实时显示的数据信息，使用ActiveView软件还可以在ASP.NET设计的网页中发布监控画面，提供画面的Web查看方式。DataLink用于定制报表，获取生产和能源实时数据，生成各种报表，并结合业务需求开发丰富的数据分析等功能。
4.3 数据支撑平台
实时数据库存储的只是各测点的历史值，需要在实时数据库上开发一个数据支撑平台，将存储的数据进行加工提炼。该平台可以向生产管理系统推送炼焦工艺数据，向能源管理系统推送能源介质产耗数据，向计质量系统推送皮带秤累积量和煤仓料位等数据。
5 结语
唐钢美锦实时数据库系统有效的整合了各自动化系统的上万点的实时数据，实现了实时数据的集中存储，制作了丰富的客户端画面和报表，并成功的开发了数据支撑平台。实践证明，该实时数据库系统架构合理、功能强大，成为企业稳定可靠的信息化基础平台。
